JP7404939B2 - GMR element and detection device - Google Patents

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Description

本発明は、ＧＭＲ素子および検知装置に関する。 The present invention relates to a GMR element and a detection device.

従来、巨大磁気抵抗効果（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ）を有する素子（以下「ＧＭＲ素子」とも表記する。）として、磁気ディスクのヘッドなど微小面積部位または微小体積部位に対して用いられるものが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。ＧＭＲ素子は、ｎｍ程度の膜厚の非磁性層を、同じｎｍ程度の膜厚の磁性層で挟んだ平板状に形成された素子である。 Conventionally, elements having a giant magnetoresistive effect (hereinafter also referred to as "GMR elements") that are used for small area parts or small volume parts such as heads of magnetic disks are known. (For example, see Non-Patent Document 1.) A GMR element is an element formed in a flat plate shape in which a nonmagnetic layer with a thickness of approximately nm is sandwiched between magnetic layers each having a thickness of approximately nm.

ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｊｐ．ｔｄｋ．ｃｏｍ／ｔｅｃｈｍａｇ／ｔｅｃｈｎｏｂｏｘ／２００７０２／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍhttps://www. jp. tdk. com/techmag/technobox/200702/index. htm

磁気ディスクのヘッドなどに用いられるＧＭＲ素子は１つの平板状に形成された素子であり、予め定められた方向の磁束、磁場または磁界（以後「磁界等」とも表記する。）変化の検出を目的とするものである。 A GMR element used in magnetic disk heads, etc. is a single plate-shaped element, and its purpose is to detect changes in magnetic flux, magnetic field, or magnetic field (hereinafter also referred to as "magnetic field, etc.") in a predetermined direction. That is.

例えば、磁界等の方向が一方向だけでない装置や部品に対して従来のＧＭＲ素子を用いる場合、従来のＧＭＲ素子の姿勢と磁界等の方向とを所定の相対的な関係に保つ必要があった。磁界等の方向が一方向だけでない装置や部品としては、磁気ディスクなどよりも大型の装置や部品などを例示することができる。 For example, when using a conventional GMR element for a device or component where the direction of the magnetic field, etc. is not only one direction, it was necessary to maintain a predetermined relative relationship between the attitude of the conventional GMR element and the direction of the magnetic field, etc. . An example of a device or component in which the direction of a magnetic field or the like is not limited to one direction is a device or component larger than a magnetic disk or the like.

従来のＧＭＲ素子の姿勢と磁界等の方向との関係が、所定の相対的な関係から外れると、ＧＭＲ素子による磁界等の変化の検出精度が悪化するおそれがあった。 If the relationship between the attitude of the conventional GMR element and the direction of the magnetic field etc. deviates from a predetermined relative relationship, there is a risk that the accuracy of detecting changes in the magnetic field etc. by the GMR element may deteriorate.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、検知対象による検知精度の悪化を抑制しやすいＧＭＲ素子および検知装置を提供することを目的とする。 The present invention was made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a GMR element and a detection device that can easily suppress deterioration of detection accuracy due to a detection target.

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様に係るＧＭＲ素子は、基材と、巨大磁気抵抗効果を示す検出層と、を有するＧＭＲ素子であって、前記検出層は、前記基材の表面における複数の領域であって、当該領域における前記表面の法線方向が異なる。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
A GMR element according to a first aspect of the present invention is a GMR element having a base material and a detection layer exhibiting a giant magnetoresistive effect, the detection layer comprising a plurality of regions on the surface of the base material. Therefore, the normal direction of the surface in the region is different.

本発明の第２の態様に係る検知装置は、上記本発明の第１の態様に係るＧＭＲ素子と、前記ＧＭＲ素子における前記検出層から出力される検出信号を取得し、前記検出信号を予め定められた形式の出力信号に変換する変換部と、を有する。 A detection device according to a second aspect of the present invention acquires a detection signal output from the GMR element according to the first aspect of the present invention and the detection layer in the GMR element, and determines the detection signal in advance. and a conversion unit that converts the output signal into an output signal in a format.

本発明の第１の態様によるＧＭＲ素子、および、第２の態様による検知装置によれば、基材の表面における法線方向が異なる複数の領域に検出層が設けられる。検出層は基材の表面に沿って設けられるため、検出層が設けられる領域ごとに検出層が延びる方向も異なる。そのため、検出層が１つの平面として形成される場合と比較して、検出層による検知精度を確保しやすい磁束または磁場の方向が増加する。 According to the GMR element according to the first aspect of the present invention and the detection device according to the second aspect of the present invention, the detection layer is provided in a plurality of regions having different normal directions on the surface of the base material. Since the detection layer is provided along the surface of the base material, the direction in which the detection layer extends differs depending on the region where the detection layer is provided. Therefore, compared to the case where the detection layer is formed as one plane, the directions of the magnetic flux or magnetic field in which it is easy to ensure detection accuracy by the detection layer increase.

本発明の第１の態様に係るＧＭＲ素子、および、第２の態様に係る検知装置によれば、基材の表面における法線方向が異なる複数の領域に検出層が設けられるため、検知対象による検知精度の悪化を抑制しやすいという効果を奏する。 According to the GMR element according to the first aspect of the present invention and the detection device according to the second aspect of the present invention, since the detection layer is provided in a plurality of regions having different normal directions on the surface of the base material, This has the effect of easily suppressing deterioration in detection accuracy.

本発明に係るＧＭＲワイヤセンサの概略を説明する模式図である。1 is a schematic diagram illustrating an outline of a GMR wire sensor according to the present invention. 図１のＧＭＲワイヤセンサの構成を説明する断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the GMR wire sensor of FIG. 1. FIG. 図２の領域Ａにおける検出層の構成を説明する拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view illustrating the configuration of a detection layer in region A of FIG. 2. FIG. 本発明に係る検知装置の概略を説明する模式図である。1 is a schematic diagram illustrating an outline of a detection device according to the present invention. ＧＭＲワイヤセンサにおける磁界と磁気抵抗比の関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the magnetic field and the magnetoresistance ratio in a GMR wire sensor. ＧＭＲワイヤセンサにおける温度とＧＭＲの関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between temperature and GMR in a GMR wire sensor.

この発明の一実施形態に係るＧＭＲワイヤセンサ、および、検知装置について、図１から図６を参照しながら説明する。まず、図１に示すＧＭＲワイヤセンサ（ＧＭＲ素子）１０について説明し、その後、ＧＭＲワイヤセンサ１０を用いた図４に示す検知装置５０について説明する。 A GMR wire sensor and a detection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. First, the GMR wire sensor (GMR element) 10 shown in FIG. 1 will be explained, and then the detection device 50 shown in FIG. 4 using the GMR wire sensor 10 will be explained.

ＧＭＲワイヤセンサ１０は、磁界等の変化に対して電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果を利用した磁気センサである。ＧＭＲワイヤセンサ１０には、図２に示すようにワイヤコア（基材）１１と検出層１５とが設けられている。 The GMR wire sensor 10 is a magnetic sensor that utilizes a giant magnetoresistive effect in which electrical resistance changes in response to changes in a magnetic field or the like. The GMR wire sensor 10 is provided with a wire core (base material) 11 and a detection layer 15, as shown in FIG.

ワイヤコア１１は、長尺に形成された円柱状のワイヤである。ワイヤコア１１の少なくとも円周面の一部には検出層１５が設けられている。検出層１５は円周面における領域Ｒ１および領域Ｒ２に設けられていてもよい。検出層１５は、円周面の全面に設けられていてもよい。検出層１５は、ワイヤコア１１の円周面および端部を含む全面設けられていてもよい。 The wire core 11 is a long cylindrical wire. A detection layer 15 is provided on at least a portion of the circumferential surface of the wire core 11 . The detection layer 15 may be provided in the region R1 and the region R2 on the circumferential surface. The detection layer 15 may be provided on the entire circumferential surface. The detection layer 15 may be provided over the entire surface of the wire core 11 including the circumferential surface and the end portions.

領域Ｒ１および領域Ｒ２は、それぞれの領域における円周面の法線方向が異なる領域である。領域Ｒ１および領域Ｒ２は、両者の法線方向が直交する領域でもよい。領域における円周面の法線方向としては、領域における円周面を代表する法線方向であればよい。例えば、領域の中央における円周面の法線方向であってもよいし、領域の円周面全ての法線方向を平均した方向であってもよい。 Region R1 and region R2 are regions in which the normal direction of the circumferential surface in each region is different. The region R1 and the region R2 may be regions whose normal directions are perpendicular to each other. The normal direction of the circumferential surface in the region may be any normal direction representative of the circumferential surface in the region. For example, it may be the normal direction of the circumferential surface at the center of the region, or it may be the average direction of the normal directions of all the circumferential surfaces of the region.

ワイヤコア１１は、図２に示すような断面が円形のワイヤであってもよいし、楕円形のワイヤであってもよい。さらに、断面が平角形状などの多角形状のワイヤであってもよい。 The wire core 11 may be a wire with a circular cross section as shown in FIG. 2, or may be an oval wire. Furthermore, the wire may have a polygonal cross section such as a rectangular shape.

ワイヤコア１１は、導電性を有する材料から形成されてもよいし、高分子材料などの樹脂から形成されてもよい。また、ワイヤコア１１は、磁性を有する磁性材料から形成されてもよいし、非磁性材料から形成されてもよい。さらに、ワイヤコア１１は、樹脂材料の中に磁性材料から形成された粒子を分散させた材料から形成されてもよい。 The wire core 11 may be formed from a conductive material or may be formed from a resin such as a polymeric material. Moreover, the wire core 11 may be formed from a magnetic material having magnetism, or may be formed from a non-magnetic material. Furthermore, the wire core 11 may be formed from a material in which particles made of a magnetic material are dispersed in a resin material.

ワイヤコア１１を形成する導電性を有する材料としては、ステンレス鋼（例えば、クロムを含む鋼、または、クロムとニッケルを含む鋼）や、純銅または銅を主な成分とする銅合金などを例示することができる。 Examples of conductive materials forming the wire core 11 include stainless steel (for example, steel containing chromium or steel containing chromium and nickel), pure copper or a copper alloy containing copper as a main component. I can do it.

ワイヤコア１１を形成する高分子材料としては、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、合成ゴム、シリコーン樹脂、ポリ塩化ビニル、クロロプレンゴム、ポリウレタン、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド樹脂，及び前述の樹脂のうち少なくとも一つを含む合成樹脂などを例示することができる。 Examples of polymeric materials forming the wire core 11 include high-density polyethylene, low-density polyethylene, fluororesin, polyvinyl chloride, synthetic rubber, silicone resin, polyvinyl chloride, chloroprene rubber, polyurethane, polyester, polyimide, polyamide, and polyimide amide resin. , and synthetic resins containing at least one of the above-mentioned resins.

検出層１５は、ＧＭＲワイヤセンサ１０における巨大磁気抵抗効果を主に発揮する層である。検出層１５は、図３に示すように磁性層１６と、非磁性層１７と、が交互に積層された多層膜である。 The detection layer 15 is a layer that mainly exhibits the giant magnetoresistive effect in the GMR wire sensor 10. The detection layer 15 is a multilayer film in which magnetic layers 16 and nonmagnetic layers 17 are alternately laminated as shown in FIG.

検出層１５には、磁性層１６、非磁性層１７、磁性層１６の組が少なくとも１組設けられているとよい。検出層１５には、磁性層１６および非磁性層１７が合計で数十層、例えば２０層～３０層積層されていることが好ましい。さらに、磁性層１６および非磁性層１７が合計で数十層よりも多く積層されていてもよい。
なお、検出層１５の最外層を非磁性層１７、例えばＣｕ層とすることにより、ＧＭＲワイヤセンサ１０の検出層１５から出力される検出信号を取り出すための電極（電気配線）の取付けを容易とすることができる。 The detection layer 15 is preferably provided with at least one set of a magnetic layer 16, a nonmagnetic layer 17, and a magnetic layer 16. Preferably, the detection layer 15 includes a total of several tens of magnetic layers 16 and nonmagnetic layers 17, for example, 20 to 30 laminated layers. Furthermore, the total number of magnetic layers 16 and nonmagnetic layers 17 may be more than several dozen layers.
Note that by making the outermost layer of the detection layer 15 a nonmagnetic layer 17, for example, a Cu layer, it is easy to attach an electrode (electrical wiring) for extracting a detection signal output from the detection layer 15 of the GMR wire sensor 10. can do.

磁性層１６および非磁性層１７は共にｎｍ単位の膜厚を有する層である。例えば、１ｎｍ～２ｎｍの膜厚を有する層である。磁性層１６および非磁性層１７は同じ厚さの層であってもよいし、異なる厚さの層であってもよい。 The magnetic layer 16 and the nonmagnetic layer 17 are both layers having a thickness on the order of nanometers. For example, the layer has a thickness of 1 nm to 2 nm. The magnetic layer 16 and the nonmagnetic layer 17 may have the same thickness or may have different thicknesses.

磁性層１６および非磁性層１７を形成する方法としては、メッキ法や、スパッタ法や、ＣＶＤ（化学気相成長）法や、ＰＶＤ（物理気相成長）法などを用いることができる。磁性層１６および非磁性層１７は、同じ形成方法で形成されてもよいし、異なる形成方法で形成されてもよい。 As a method for forming the magnetic layer 16 and the nonmagnetic layer 17, a plating method, a sputtering method, a CVD (chemical vapor deposition) method, a PVD (physical vapor deposition) method, or the like can be used. The magnetic layer 16 and the nonmagnetic layer 17 may be formed using the same formation method or may be formed using different formation methods.

磁性層１６は磁性材料から形成される。磁性層１６を形成する材料としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）などを例示することができる。また、磁性層１６を形成する材料としては、前述（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）の元素のうち少なくとも１つ以上の元素を含有する化合物や合金などを例示することができる。更に，より強い強磁性を示す希土類元素を含む化合物や合金であっても良く、例えば、ネオジウム（Ｎｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）などを含有する化合物や合金であっても良い。 Magnetic layer 16 is formed from a magnetic material. Examples of the material for forming the magnetic layer 16 include iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni). Furthermore, examples of the material for forming the magnetic layer 16 include compounds and alloys containing at least one of the aforementioned elements (Fe, Co, Ni). Furthermore, it may be a compound or alloy containing a rare earth element that exhibits stronger ferromagnetism, such as a compound or alloy containing neodymium (Nd), dysprosium (Dy), or the like.

非磁性層１７は非磁性材料から形成される。非磁性層１７を形成する材料としては、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）などを例示することができる。また、非磁性層１７を形成する材料としては、Ｃｕ、Ｃｒ、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）など、また、前述（Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ）の元素のうち少なくとも１つ以上の元素を含有する化合物や合金などを例示することができる。 Nonmagnetic layer 17 is formed from a nonmagnetic material. Examples of the material for forming the nonmagnetic layer 17 include copper (Cu) and chromium (Cr). In addition, materials for forming the nonmagnetic layer 17 include Cu, Cr, silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), and the aforementioned (Cu, Cr, Ag, Au). Compounds and alloys containing at least one of these elements can be exemplified.

次に、検知装置５０について図４を参照しながら説明する。
検知装置５０は磁場の下で機能する機器に対して用いられ、磁場の変動を検知する装置である。例えば、極低温下で強磁場を発生させる超伝導磁石を用いた機器７０に対して用いられる装置である。極低温としては液体ヘリウム温度（約－２６９℃）などを例示することができる。更に、高温超伝導体材料で作製した超伝導磁石を用いた機器では極低温としては液体窒素温度（約－１９６℃）などを例示することができる。強磁場としては０．５Ｔ以上の磁場などを例示することができる。 Next, the detection device 50 will be explained with reference to FIG. 4.
The detection device 50 is used for equipment that functions under a magnetic field, and is a device that detects fluctuations in the magnetic field. For example, the device is used for a device 70 that uses a superconducting magnet that generates a strong magnetic field at extremely low temperatures. Examples of the extremely low temperature include liquid helium temperature (approximately -269°C). Furthermore, in a device using a superconducting magnet made of a high-temperature superconductor material, the extremely low temperature can be exemplified by liquid nitrogen temperature (approximately -196° C.). Examples of the strong magnetic field include a magnetic field of 0.5 T or more.

検知装置５０は、機器７０の動作確認に用いられてもよいし、機器７０の故障診断に用いられてもよいし、機器７０の管理モニターとして用いられてもよい。検知装置５０は他の機器と組み合わされてシステムとして用いられてもよい。 The detection device 50 may be used to check the operation of the device 70, may be used to diagnose a failure of the device 70, or may be used as a management monitor of the device 70. The detection device 50 may be used as a system in combination with other devices.

超伝導磁石を用いた機器７０としては、物性特性測定装置や、磁気共鳴画像化診断に用いられるＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置や、超伝導磁石を利用して浮上走行する磁気浮上式鉄道などを例示することができる。 Examples of the equipment 70 using superconducting magnets include physical property measuring devices, MRI (Magnetic Resonance Imaging) devices used for magnetic resonance imaging diagnosis, and magnetically levitated trains that use superconducting magnets to travel levitation. I can give an example.

検知装置５０には、上述のＧＭＲワイヤセンサ１０と、検出回路部（変換部）５１と、電子計算機５５と、が設けられている。ＧＭＲワイヤセンサ１０は、例えば超伝導磁石を含む機器７０に配置されている。 The detection device 50 is provided with the above-described GMR wire sensor 10, a detection circuit section (conversion section) 51, and a computer 55. The GMR wire sensor 10 is placed in a device 70 that includes, for example, a superconducting magnet.

ＧＭＲワイヤセンサ１０は、機器７０に配置される位置の形状に沿って配置可能となっている。ＧＭＲワイヤセンサ１０は、超伝導磁石の周囲に配置されてもよいし、超伝導磁石を収納する容器の周囲に配置されてもよいし、超伝導磁石が発生する磁界等が及ぶ範囲に配置されてもよい。 The GMR wire sensor 10 can be placed along the shape of the position where it is placed on the device 70. The GMR wire sensor 10 may be placed around the superconducting magnet, around a container that houses the superconducting magnet, or placed within the range of the magnetic field generated by the superconducting magnet. It's okay.

検知装置５０に設けられるＧＭＲワイヤセンサ１０は１本のみであってもよいし、複数本であってもよい。複数本のＧＭＲワイヤセンサ１０が設けられる場合には、複数本のＧＭＲワイヤセンサ１０を撚り合わせて撚線の形態として用いてもよい。また、複数本のＧＭＲワイヤセンサ１０を網目状に組み合わせた平面状または織物状の形態として用いてもよい。 The number of GMR wire sensors 10 provided in the detection device 50 may be one or more. When a plurality of GMR wire sensors 10 are provided, the plurality of GMR wire sensors 10 may be twisted together to form a twisted wire. Alternatively, a plurality of GMR wire sensors 10 may be used in a planar or woven form in which a plurality of GMR wire sensors 10 are combined in a mesh pattern.

検出回路部５１は、ＧＭＲワイヤセンサ１０の検出層１５から出力される検出信号を取得し、前記検出信号を予め定められた形式の出力信号に変換する回路である。検出信号としては、抵抗値の変化や、電流が一定との条件下における電圧の変化などを例示することができる。検出回路部５１としては、ＧＭＲ素子に対して用いられる公知の回路を用いることができる。 The detection circuit section 51 is a circuit that acquires a detection signal output from the detection layer 15 of the GMR wire sensor 10 and converts the detection signal into an output signal in a predetermined format. Examples of the detection signal include a change in resistance value and a change in voltage under the condition that the current is constant. As the detection circuit section 51, a known circuit used for GMR elements can be used.

検出回路部５１における変換には、信号の増幅や、電気信号から光信号への変換や、アナログ信号からデジタル信号への変換や、デジタル信号からアナログ信号への変換などのいずれかが含まれてもよい。 The conversion in the detection circuit section 51 includes any one of signal amplification, conversion from an electric signal to an optical signal, conversion from an analog signal to a digital signal, and conversion from a digital signal to an analog signal. Good too.

電子計算機５５は、検出回路部５１から出力される検出信号に基づいて、機器制御部７１へ出力する制御信号を生成するものである。電子計算機５５には、ＧＭＲワイヤセンサ１０により測定された検出信号や出力信号などのデータを保存するデータロガー５６や、ＧＭＲワイヤセンサ１０により測定されたデータを表示するモニター５７が含まれてもよい。 The electronic computer 55 generates a control signal to be output to the device control section 71 based on the detection signal output from the detection circuit section 51. The computer 55 may include a data logger 56 that stores data such as detection signals and output signals measured by the GMR wire sensor 10, and a monitor 57 that displays data measured by the GMR wire sensor 10. .

機器制御部７１は、電子計算機５５から出力される制御信号に基づいて機器７０の制御を行うものである。制御の内容としては、機器７０の異常を報知する発報装置による異常報知の制御や、超伝導磁石を冷却する各種機器の動作の制御や、超伝導磁石に供給する電流を制御する機器の制御や、機器７０の動作を停止させる制御や、機器７０を管理している部署との通信を行う装置による通報の制御などを例示することができる。 The device control section 71 controls the device 70 based on a control signal output from the computer 55. The contents of the control include control of abnormality notification by an alarm device that notifies an abnormality in the equipment 70, control of the operation of various devices that cool the superconducting magnet, and control of devices that control the current supplied to the superconducting magnet. Examples include control to stop the operation of the device 70, and control of notifications by a device that communicates with the department that manages the device 70.

次に、上記の構成からなるＧＭＲワイヤセンサ１０および検知装置５０の動作について図５および図６を参照しながら説明する。
図５は、磁界（Ｈ）が－１．５Ｔ以上１．５Ｔ以下の範囲におけるＧＭＲワイヤセンサ１０の磁気抵抗比（％）の変化を示すグラフである。図５では、磁性層１６が２ｎｍの厚さの鉄（Ｆｅ）であり、非磁性層１７が１ｎｍの厚さのクロム（Ｃｒ）であり、磁性層１６および非磁性層１７を合計２０層積層した例が示されている。 Next, the operation of the GMR wire sensor 10 and the detection device 50 having the above configuration will be explained with reference to FIGS. 5 and 6.
FIG. 5 is a graph showing changes in the magnetoresistance ratio (%) of the GMR wire sensor 10 in the range of the magnetic field (H) from -1.5T to 1.5T. In FIG. 5, the magnetic layer 16 is made of iron (Fe) with a thickness of 2 nm, the non-magnetic layer 17 is made of chromium (Cr) with a thickness of 1 nm, and a total of 20 layers of the magnetic layer 16 and the non-magnetic layer 17 are laminated. An example is shown.

さらに図５では、異なる温度におけるＧＭＲワイヤセンサ１０の磁気抵抗比（％）の変化も示している。具体的には、液体ヘリウム温度（－２６９℃）における磁気抵抗比（％）の変化を示すグラフＧ１、液体窒素温度（－１９６℃）における磁気抵抗比（％）の変化を示すグラフＧ２、－１２３℃における磁気抵抗比（％）の変化を示すグラフＧ３、室温（例えば２７℃）における磁気抵抗比（％）の変化を示すグラフＧ４が示されている。 Furthermore, FIG. 5 also shows the change in magnetoresistance ratio (%) of the GMR wire sensor 10 at different temperatures. Specifically, a graph G1 showing changes in magnetoresistance ratio (%) at liquid helium temperature (-269°C), a graph G2 showing changes in magnetoresistance ratio (%) at liquid nitrogen temperature (-196°C), - A graph G3 showing changes in the magnetoresistance ratio (%) at 123° C. and a graph G4 showing changes in the magnetoresistance ratio (%) at room temperature (for example, 27° C.) are shown.

なお、図５におけるグラフＧ１からグラフＧ４において線が二重になっているのは、磁界を－１．５Ｔから１．５Ｔに変化させた場合の線と、１．５Ｔから－１．５Ｔに変化させた場合の線の両者が図示され、これらの線がヒステリシスにより一致しないためである。 In addition, in graphs G1 to G4 in FIG. 5, the lines that are doubled are the lines when the magnetic field is changed from -1.5T to 1.5T, and the lines when the magnetic field is changed from -1.5T to -1.5T. This is because both lines are shown when the change is made, and these lines do not match due to hysteresis.

図６は、温度ｔ（℃）が変化した時のＧＭＲワイヤセンサ１０のＧＭＲの変化を示すグラフである。図６では、磁界（Ｈ）が０Ｔの場合が示されている。磁性層１６および非磁性層１７の条件は図５のものと同じである。 FIG. 6 is a graph showing the change in GMR of the GMR wire sensor 10 when the temperature t (° C.) changes. In FIG. 6, the case where the magnetic field (H) is 0T is shown. The conditions for the magnetic layer 16 and nonmagnetic layer 17 are the same as those in FIG.

図６に示す場合では、液体ヘリウム温度（－２６９℃）におけるＧＭＲと室温（例えば２７℃）におけるＧＭＲの差（ＧＭＲ温度変化とも表記する）は約４０％となる。なお、磁界（Ｈ）を０Ｔよりも大きくする、または、小さくすると、図６に示されるグラフの傾きは小さくなる。 In the case shown in FIG. 6, the difference (also expressed as GMR temperature change) between the GMR at liquid helium temperature (-269° C.) and the GMR at room temperature (for example, 27° C.) is about 40%. Note that when the magnetic field (H) is made larger or smaller than 0T, the slope of the graph shown in FIG. 6 becomes smaller.

例えば、液体ヘリウム温度（－２６９℃）において、磁界（Ｈ）が変化するとＧＭＲワイヤセンサ１０の磁気抵抗比（％）は磁界（Ｈ）の変化に対応して変化する（図５参照。）。検出回路部５１は、図４に示すように、ＧＭＲワイヤセンサ１０の検出層１５から、磁気抵抗比（％）の変化に対応する検出信号を取得する。 For example, at liquid helium temperature (-269° C.), when the magnetic field (H) changes, the magnetoresistance ratio (%) of the GMR wire sensor 10 changes in response to the change in the magnetic field (H) (see FIG. 5). As shown in FIG. 4, the detection circuit section 51 acquires a detection signal corresponding to a change in magnetoresistance ratio (%) from the detection layer 15 of the GMR wire sensor 10.

検出回路部５１は、取得した検出信号を予め定められた形式の出力信号に変換し、出力信号を電子計算機５５に出力する。電子計算機５５は、磁界（Ｈ）の変化に対応して機器７０を制御する制御信号を生成し、機器制御部７１へ制御信号を出力する。例えば磁界（Ｈ）の変化を抑制する制御信号や、磁界（Ｈ）の変化を報知する制御信号や、機器７０の動作を停止させる制御信号を出力する。 The detection circuit section 51 converts the acquired detection signal into an output signal in a predetermined format, and outputs the output signal to the computer 55. The electronic computer 55 generates a control signal for controlling the device 70 in response to changes in the magnetic field (H), and outputs the control signal to the device control section 71. For example, it outputs a control signal that suppresses a change in the magnetic field (H), a control signal that notifies a change in the magnetic field (H), and a control signal that stops the operation of the device 70.

また、例えば磁界（Ｈ）が０Ｔにおいて、温度が変化するとＧＭＲワイヤセンサ１０のＧＭＲが温度の変化に対応して変化する（図６参照。）。検出回路部５１は、図４に示すように、ＧＭＲワイヤセンサ１０の検出層１５から、ＧＭＲの変化に対応する検出信号を取得する。 Further, for example, when the magnetic field (H) is 0T, when the temperature changes, the GMR of the GMR wire sensor 10 changes in response to the change in temperature (see FIG. 6). The detection circuit section 51 acquires a detection signal corresponding to a change in GMR from the detection layer 15 of the GMR wire sensor 10, as shown in FIG.

検出回路部５１は、取得した検出信号を予め定められた形式の出力信号に変換し、出力信号を電子計算機５５に出力する。電子計算機５５は、磁界（Ｈ）の変化に対応して機器７０を制御する制御信号を生成し、機器制御部７１へ制御信号を出力する。例えば温度の変化を抑制する制御信号や、温度の変化を報知する制御信号や、機器７０の動作を停止させる制御信号を出力する。 The detection circuit section 51 converts the acquired detection signal into an output signal in a predetermined format, and outputs the output signal to the computer 55. The electronic computer 55 generates a control signal for controlling the device 70 in response to changes in the magnetic field (H), and outputs the control signal to the device control section 71. For example, it outputs a control signal that suppresses a change in temperature, a control signal that notifies a change in temperature, and a control signal that stops the operation of the device 70.

上記の構成のＧＭＲワイヤセンサ１０によれば、検出層１５が、少なくともワイヤコア１１の表面における法線方向が異なる複数の領域Ｒ１，Ｒ２に設けられる。検出層１５はワイヤコア１１の表面に沿って設けられるため、検出層１５が設けられる領域Ｒ１，Ｒ２ごとに検出層１５が延びる方向も異なる。そのため、検出層１５が１つの平面として形成される場合と比較して、検出層１５による検知精度を確保しやすい磁界等の方向が増加する。 According to the GMR wire sensor 10 having the above configuration, the detection layer 15 is provided at least in a plurality of regions R1 and R2 having different normal directions on the surface of the wire core 11. Since the detection layer 15 is provided along the surface of the wire core 11, the direction in which the detection layer 15 extends differs depending on the regions R1 and R2 where the detection layer 15 is provided. Therefore, compared to the case where the detection layer 15 is formed as one plane, the number of directions of the magnetic field and the like that can easily ensure detection accuracy by the detection layer 15 increases.

ワイヤコア１１の表面の全てに検出層１５を設けることにより、表面の一部に設ける場合と比較して、検出層１５が延びる方向を増やしやすい。そのため、検出層１５による検知精度を確保しやすい磁界等の方向を増やしやすい。 By providing the detection layer 15 on the entire surface of the wire core 11, the number of directions in which the detection layer 15 extends can be increased more easily than when the detection layer 15 is provided on a part of the surface. Therefore, it is easy to increase the direction of the magnetic field, etc., which makes it easy to ensure detection accuracy by the detection layer 15.

具体的には、ワイヤコア１１の断面形状が円形である場合（図２参照。）には、検出層１５がワイヤコア１１の円周面に沿って設けられる。言い換えると、検出層１５が延びる方向には、３６０°全ての方向が含まれる。検出層１５が１つの平面として形成される場合と比較して、検出層１５による検知精度を確保しやすい磁界等の方向が制限されにくい。 Specifically, when the wire core 11 has a circular cross-sectional shape (see FIG. 2), the detection layer 15 is provided along the circumferential surface of the wire core 11. In other words, the direction in which the detection layer 15 extends includes all 360° directions. Compared to the case where the detection layer 15 is formed as one plane, the direction of the magnetic field or the like that makes it easier to ensure detection accuracy by the detection layer 15 is less likely to be restricted.

また、表面の一部に検出層１５を設ける場合と比較して、検出層１５を設ける面積を増やしやすい。言い換えると、磁界等を検知可能な面積を広げやすい。検出層１５を設ける面積が広くなると、狭い場合と比較して、空間的に連続した磁界等の検知を行いやすくなる。 Furthermore, compared to the case where the detection layer 15 is provided on a part of the surface, it is easier to increase the area where the detection layer 15 is provided. In other words, it is easy to increase the area in which magnetic fields and the like can be detected. When the area in which the detection layer 15 is provided is widened, it becomes easier to detect a spatially continuous magnetic field, etc., compared to a narrow area.

ワイヤコア１１の形状を長尺状に延びる線形状とすることにより、磁界等を検知可能な面積を広げやすい。例えば、磁気ディスクのヘッドなどに用いられる小型のＧＭＲ素子を離散して配置して検知可能な面積を広げる場合と比較して、空間的に連続した磁界等の検知を行いやすい。つまり、小型のＧＭＲ素子を離散して配置する場合には、ＧＭＲ素子とＧＭＲ素子との間の磁界等の検知を行うことはできず、検知域が断続的になる。これに対して線形状のワイヤコア１１を用いたＧＭＲワイヤセンサ１０の場合には、ＧＭＲワイヤセンサ１０が延びる方向について空間的に連続した磁界等の検知を行いやすい。 By forming the wire core 11 into an elongated linear shape, it is easy to increase the area in which magnetic fields and the like can be detected. For example, it is easier to detect spatially continuous magnetic fields, etc., compared to the case where small GMR elements used in magnetic disk heads are arranged discretely to increase the detectable area. That is, when small GMR elements are arranged discretely, it is not possible to detect the magnetic field between the GMR elements, and the detection area becomes intermittent. On the other hand, in the case of the GMR wire sensor 10 using the linear wire core 11, it is easy to detect a spatially continuous magnetic field in the direction in which the GMR wire sensor 10 extends.

ワイヤコア１１を形成する材料として、ワイヤコア１１の曲げなどを許容できる材料を用いることにより、ＧＭＲワイヤセンサ１０を磁界等の検知領域に沿って配置することができる。さらには、ＧＭＲワイヤセンサ１０を磁界等の検知域が変動する対象にも用いることが可能となる。例えば、ＧＭＲワイヤセンサ１０を、人が着用する衣服などの物品に含まれるウェアラブルセンサとして用いることも可能となる。 By using a material that can tolerate bending of the wire core 11 as the material forming the wire core 11, the GMR wire sensor 10 can be arranged along the detection area of magnetic fields and the like. Furthermore, the GMR wire sensor 10 can be used for objects whose detection ranges such as magnetic fields fluctuate. For example, the GMR wire sensor 10 can also be used as a wearable sensor included in articles such as clothes worn by people.

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、検出層１５が線状に形成されたワイヤコア１１に設けられている例に適用して説明したが、薄膜状に形成された基材に検出層１５が設けられてもよい。直方体状や球体状などの立体的な形状を有する基材に検出層１５が設けられてもよい。 Note that the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the detection layer 15 is provided on the wire core 11 formed in a linear shape, but the detection layer 15 is provided on the base material formed in the form of a thin film. It's okay to be hit. The detection layer 15 may be provided on a base material having a three-dimensional shape such as a rectangular parallelepiped shape or a spherical shape.

また、ワイヤコア１１が磁性材料から形成されている場合には、ワイヤコア１１の表面と隣接する位置に非磁性層１７を設け、その上に磁性層１６、非磁性層１７の順に層の形成を繰り返して検出層１５を形成してもよい。 In addition, when the wire core 11 is formed of a magnetic material, a non-magnetic layer 17 is provided at a position adjacent to the surface of the wire core 11, and layers are repeatedly formed thereon in the order of the magnetic layer 16 and the non-magnetic layer 17. The detection layer 15 may be formed using the same method.

このようにすることにより、ワイヤコア１１の表面と隣接する位置に磁性層１６を設ける場合と比較して、ワイヤコア１１を磁界等の検知に用いることができる。また、検出層１５における磁性層１６を１層減らすことが可能となる。 By doing so, the wire core 11 can be used for detecting magnetic fields, etc., compared to the case where the magnetic layer 16 is provided at a position adjacent to the surface of the wire core 11. Furthermore, it is possible to reduce the number of magnetic layers 16 in the detection layer 15 by one layer.

ワイヤコア１１が非磁性材料から形成されている場合には、ワイヤコア１１の表面と隣接する位置に磁性層１６を設け、その上に非磁性層１７、磁性層１６の順に層の形成を繰り返して検出層１５を形成してもよい。 When the wire core 11 is made of a non-magnetic material, a magnetic layer 16 is provided at a position adjacent to the surface of the wire core 11, and the non-magnetic layer 17 and the magnetic layer 16 are repeatedly formed thereon in this order for detection. A layer 15 may also be formed.

このようにすることにより、ワイヤコア１１の表面と隣接する位置に非磁性層１７を設ける場合と比較して、ワイヤコア１１を磁界等の検知に用いることができる。また、検出層１５における非磁性層１７を１層減らすことが可能となる。 By doing so, the wire core 11 can be used for detecting magnetic fields, etc., compared to the case where the nonmagnetic layer 17 is provided at a position adjacent to the surface of the wire core 11. Furthermore, it is possible to reduce the number of nonmagnetic layers 17 in the detection layer 15 by one layer.

さらに、ＧＭＲワイヤセンサ１０には、検出層１５を覆う被覆層がさらに設けられてもよい。被覆層はＧＭＲワイヤセンサ１０の最外層となり、検出層１５を保護する層である。 Furthermore, the GMR wire sensor 10 may further be provided with a coating layer covering the detection layer 15. The coating layer is the outermost layer of the GMR wire sensor 10 and is a layer that protects the detection layer 15.

被覆層を形成する材料としては、ＧＭＲワイヤセンサ１０における磁界等の検出精度を悪化させにくい材料が好ましい。例えば、ワイヤの被覆に用いられる材料（例えば樹脂）であって、これら材料の中で透磁率が相対的に低い材料が好ましい。例えば、エナメル樹脂に含有するポリビニルホルマール、ポリウレタン、ポリアミドイミド、ポリエステル、ナイロンなどを例示できる。または、オレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂なども例示できる。 The material forming the coating layer is preferably a material that does not easily deteriorate the detection accuracy of magnetic fields and the like in the GMR wire sensor 10. For example, it is preferable to use a material (such as a resin) used for coating wires, which has a relatively low magnetic permeability among these materials. Examples include polyvinyl formal, polyurethane, polyamideimide, polyester, and nylon contained in enamel resins. Alternatively, olefin resins, fluororesins, silicone resins, etc. can also be used.

１０…ＧＭＲワイヤセンサ（ＧＭＲ素子）、 １１…ワイヤコア（基材）、 １５…検出層、 １６…磁性層、 １７…非磁性層、 ５０…検知装置、 ５１…検出回路部（変換部）、 Ｒ１，Ｒ２…領域 10... GMR wire sensor (GMR element), 11... wire core (base material), 15... detection layer, 16... magnetic layer, 17... nonmagnetic layer, 50... detection device, 51... detection circuit section (conversion section), R1 , R2... area

Claims (8)

基材と、巨大磁気抵抗効果を示す検出層と、を有し、
前記検出層は、前記基材の表面における複数の領域であって、当該領域における前記表面の法線方向が異なるＧＭＲ素子であって、
前記検出層は、前記基材の表面の全てに設けられているＧＭＲ素子。 comprising a base material and a detection layer exhibiting a giant magnetoresistive effect,
The detection layer is a GMR element comprising a plurality of regions on the surface of the base material, the regions having different normal directions to the surface,
The detection layer is a GMR element provided on the entire surface of the base material . 基材と、巨大磁気抵抗効果を示す検出層と、を有し、
前記検出層は、前記基材の表面における複数の領域であって、当該領域における前記表面の法線方向が異なるＧＭＲ素子であって、
前記検出層は、磁性材料から形成された磁性層、および、非磁性材料から形成された非磁性層を交互に重ねた層であり、
前記基材が磁性材料から形成され、前記検出層における前記基材と隣接する層は前記非磁性層であるＧＭＲ素子。 comprising a base material and a detection layer exhibiting a giant magnetoresistive effect,
The detection layer is a GMR element comprising a plurality of regions on the surface of the base material, the regions having different normal directions to the surface,
The detection layer is a layer in which magnetic layers formed from a magnetic material and non-magnetic layers formed from a non-magnetic material are alternately stacked,
A GMR element , wherein the base material is formed of a magnetic material, and a layer adjacent to the base material in the detection layer is the nonmagnetic layer . 前記検出層は、前記基材の表面の全てに設けられている請求項２記載のＧＭＲ素子。 3. The GMR element according to claim 2 , wherein the detection layer is provided on the entire surface of the base material. 前記基材は、長尺状の形状を有している請求項１から３のいずれか１項に記載のＧＭＲ素子。 The GMR element according to any one of claims 1 to 3, wherein the base material has an elongated shape. 前記検出層は、磁性材料から形成された磁性層、および、非磁性材料から形成された非磁性層を交互に重ねた層である請求項１記載のＧＭＲ素子。 2. The GMR element according to claim 1 , wherein the detection layer is a layer in which magnetic layers made of a magnetic material and nonmagnetic layers made of a nonmagnetic material are alternately stacked. 前記基材が磁性材料から形成された場合、前記検出層における前記基材と隣接する層は前記非磁性層である請求項５記載のＧＭＲ素子。 6. The GMR element according to claim 5 , wherein when the base material is formed of a magnetic material, a layer adjacent to the base material in the detection layer is the nonmagnetic layer. 前記基材が非磁性材料から形成された場合、前記検出層における前記基材と隣接する層は前記磁性層である請求項５記載のＧＭＲ素子。 6. The GMR element according to claim 5 , wherein when the base material is formed of a non-magnetic material, a layer adjacent to the base material in the detection layer is the magnetic layer. 請求項１から７のいずれか１項に記載のＧＭＲ素子と、
前記ＧＭＲ素子における前記検出層から出力される検出信号を取得し、前記検出信号を予め定められた形式の出力信号に変換する変換部と、
を有する検知装置。 A GMR element according to any one of claims 1 to 7 ,
a conversion unit that acquires a detection signal output from the detection layer in the GMR element and converts the detection signal into an output signal in a predetermined format;
A detection device having a
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